WMS及UI渲染底层原理学习

WMS及UI渲染底层原理学习

前言：

	之前学习了ams但是云里物理的，所以决定从上层到底层纵向的去学，因为博主也不太懂所以搞的有点乱 = =，感觉读wms需要的基础知识还是非常非常多的。

一、系统进程基础：Zygote与System Server

1. Zygote的核心作用

   • 作为Android系统的"进程孵化器"，是所有应用进程和系统关键进程的父进程。
   • 通过fork()方法创建新进程（fork()会返回两次，通过PID区分父进程和子进程）。

2. System Server进程

   • 是Zygote fork的第一个进程，负责启动和管理90+系统服务（所有系统服务均为SystemService子类）。
   • 由SystemServiceManager协助管理这些系统服务，统一调度服务的启动、生命周期及交互。

二、AMS（Activity Manager Service）核心原理

1. AMS的类结构

   • AMS本身并非直接继承SystemService，而是通过定义静态内部类Lifecycle extends SystemService，间接具备SystemService的特性，实现系统服务的管理规范。
   • AMS实现了AIDL接口，作为服务端提供跨进程调用能力（如组件生命周期管理、进程调度等）。

2. AMS创建新应用进程流程

   • AMS通过IPC机制（基于Socket）通知Zygote创建新进程，采用C/S架构（AMS为客户端，Zygote为服务端）。
   • Zygote在预加载资源（preload）后，会创建ZygoteServer管理Socket，等待AMS的进程创建请求，收到请求后通过fork()创建应用进程。

三、WMS（Window Manager Service）核心定位

• 核心功能：负责Android系统的窗口显示管理，是UI渲染的"总调度员"，没有WMS则无法完成任何视图的显示。
• 关键作用：管理窗口的创建、布局、层级、显示/隐藏，协调窗口与Surface的绑定，是连接应用UI与底层渲染的核心桥梁。

四、UI绘制流程：从invalidate到屏幕显示

1. invalidate触发的绘制链路

当调用View.invalidate()（如TextView.invalidate()）时，触发如下逻辑：

• 标记无效区域：从当前View开始，递归向上通知父容器（直至根布局），记录受影响的绘制区域（避免全量重绘，优化性能）。
• 触发根布局绘制：无效区域标记传递到根布局后，由ViewRootImpl执行performTraversals（核心入口为doTraversal方法），启动绘制流程。
  

2. ViewRootImpl的三大核心步骤（performTraversals）

ViewRootImpl是连接View树与WMS的关键类，其performTraversals方法触发View树的完整绘制流程，包含三个核心阶段：

• 1. onMeasure：测量View的宽高（根据父容器约束计算子View的尺寸）。
• 2. onLayout：确定View在父容器中的位置（坐标计算）。
• 3. onDraw：实际绘制内容到画布（Canvas），通过onPerformDraw()方法获取Surface，完成绘制操作。

五、Activity、Window与View的协作关系

1. 核心分工

• Activity：UI控制器，负责业务逻辑与生命周期管理（生命周期由AMS通过跨进程通信控制），不直接管理显示，而是通过Window承载View。
• Window：View的容器，每个Activity对应一个Window（默认），负责承接View树并与WMS交互，是View显示的"载体"。
• View/ViewGroup：UI元素的具体表现，通过View树组织，最终通过Window渲染到屏幕。

2. 关键交互流程（以onResume为例）

1. AMS通过跨进程调用（Binder）触发Activity的onResume生命周期。

2. Activity在onResume中获取Window的decorView（顶级View，包含标题栏、内容区等）。
   

3. 通过WindowManager.addView(decorView, params)将decorView添加到Window：

   • WindowManagerImpl将操作转交给WindowManagerGlobal执行。
   • WindowManagerGlobal创建ViewRootImpl，调用setView()方法，通过addToDisplayAsUser()发起跨进程请求。
   • 请求经Session类传递到WMS的addWindow()方法（WMS在此处校验窗口合法性、分配层级等）。
   • WMS创建WindowState（窗口在Framework中的占位符，类似ActivityRecord对应Activity），并触发requestLayout()，通过scheduleTraversals将绘制任务加入主线程消息队列。

3. setContentView的本质

• 解析XML布局文件，通过反射构建View树，并将View树关联到当前Activity的Window中。
• 此时View树仅完成构建，需等待ViewRootImpl与WMS交互后，才能通过Surface完成最终显示。

六、渲染底层核心概念

1. Surface与Canvas

   • 一个Window对应一个Surface（绘图表面），Canvas是Surface上的"画布"，View的onDraw通过Canvas绘制内容。
   • Surface是跨进程的图形缓冲区，应用进程通过Canvas在Surface上绘制，最终由底层合成显示。

2. SurfaceControl与WindowState

   • SurfaceControl：管理Surface的底层句柄，负责Surface的创建、销毁、属性设置（如尺寸、透明度）。
   • WindowState：WMS中表示窗口的抽象对象，记录窗口的层级、位置、状态等信息，用于WMS的窗口管理。

3. SurfaceFlinger与Vsync

   • SurfaceFlinger：独立进程，负责将多个应用的Surface合并为一帧画面，提交给硬件显示（解决多窗口叠加问题）。
   • GraphicBuffer：当Surface数据量>1MB时，通过共享内存传递（而非Binder），避免Binder传输限制。
   • Vsync信号：垂直同步信号，用于协调应用绘制与SurfaceFlinger合成的节奏，避免画面撕裂。

Framework世界中对应的站位符		
activity--activityRecord
service--serviceRecord
Application--Process
window--windowState
canvas--surface--SurfaceControl{   surface    }//底层

总结

WMS是UI显示的核心管理者，协调Activity、Window、View的交互；View的绘制通过invalidate触发，经ViewRootImpl调度measure-layout-draw流程；最终通过Surface、SurfaceFlinger及Vsync信号完成从绘制到屏幕显示的全链路。理解这些底层原理，能更清晰地把握Android UI渲染的性能优化方向与问题定位思路。